JPH02216877A - 発光ダイオード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、照明、デイスプレィ或いはＯＡ機器用等の光
源に応用される発光ダイオードに関する。

（従来の技術） 従来、蛍光体に電界を印加した時に発光するエレクトロ
ルミネッセンス（ＥＬ）を応用した発光ダイオードは、
表示素子等への応用が期待され、部実用化もされている
。

これらの発光ダイオードは、ガラス等の透明基板上に透
明電極を形成し、すの上にｐ層、ｎ層及び電極層を順次
積層することにより構成される。

従来、発光ダイオードの材料としては、ＧａＡｓ、Ｇａ
ＡＳ＋　−、Ｐｘ　、　Ｇａ＋　＋ｌｌ＾ｌ、ｌＡｓ及
びＧａＰ等が知られている。

又、最近では水素を含む非単結晶硅素やＳａｃ等の■族
元素からなる材料を使用し、ｐ層とｎ層の間に活性層を
設けたｐ−１−ｎ型発光ダイオードが知られている。

（発明が解決しようとしている問題点）上記材料を用い
た発光ダイオードは、輝度が不十分である、又は室光で
点滅させてようやく認識出来る程度である、及び発光寿
命が短い等といった欠点があった。

従って、本発明の目的は、前述した従来技術の欠点を克
服した発光ダイオードを提供するものであって、製造が
容易であり、しかも高輝度で発光強度の大きな新規な発
光ダイオードを提供することにある。

（問題点を解決する為の手段） 上記目的は以下の本発明によって達成される。

即ち、本発明は、ｐ−１−ｎ型発光ダイオードにおいて
、該ｉ層が■族元素を主体とする微粒子を含むことを特
徴とする発光ダイオードである。

更に好ましい実施態様では、上記２層及びｎ層も■族元
素を主体とする微粒子を含み、又、更に上記ｐ層、ｎ層
及びｉ層がアモルファス構成をなし、又、上記ｉ層が少
なくとも一部が酸化され及び水が吸着されている。

（作　　用） ｐ−ｉ−ｎ型発光ダイオードの少なくともｉ層を■族元
素を主体とする微粒子から形成することによって、製造
が容易であり、しかも高輝度で発光強度の大きな新規な
発光ダイオードが提供される。

（好ましい実施態様） 次に好ましい実施態様を挙げて本発明を更に詳しく説明
する。

第１図本発明の発光ダイオードの構成を説明する図であ
る。

基板１としてはガラス、ポリエステル、ポリカーボネイ
ト等、光を透過する電気絶縁材料が用いられる。発光を
基板側から放射しない構成の発光ダイオードにおいては
、不透明なセラミックス等も基板として利用可能である
。基板１上に形成される透明電極２はＩＴＯ等のスパッ
タ蒸着膜等である。

２層５上には＾１等の金属導電材料からなる上部電極６
が形成される。

本発明の発光ダイオードのｉ層４は■族元素を主体とす
る微粒子或いは微粒子膜からなり、好ましくは２層５及
び１層３もこれらの微粒子からなることが好ましい、こ
れらの微粒子の大きさは発光波長と同程度又はそれ以下
のものであればよい、望ましくは０．１μｍ以下、更に
望ましくは５００Å以下である。

本発明者等は鋭意研究の結果、ｐ−１−ｎ型発光ダイオ
ードにおけるｐ層、ｉ層及びｎ層のうち少なくともｉ層
を上記の様な微粒子又は微粒子の集合体から形成する事
により、その発光強度を増大させる事が出来る事を見出
した。

更に２層及びｎ層である３及び５は、一般的なａ−５ｉ
Ｃ膜、　Ｓｉ３Ｎ、膜或いはａ−５ｉ膜等でもよいが′
こ好ましくは上記と同様な微粒子からなることが好まし
い。

上記の微粒子の形は特に重要ではなく、いかなる形状で
もよいが、比較的球に近く且つ大きさの揃ったものを用
いる場合の方が効果的である。

大きさの下限は不明であるが、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ
）及び電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）によ
る観察結果によれば、１００Å以下、更に５０人の平均
粒径を持つ超微粒子であっても効果が認められる。

本発明の発光ダイオードにおけるｉ層が微粒子であるこ
とが発光ダイオードの発光強度を高める原因は経験的な
ものであり、理論的には定かではない。

本発明の発光部材に用いる微粒子の形成方法としては一
般に超微粒子作成に用いられる種々の方法が使用可能で
ある。例えばＪａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　
Ａｐｐｌｉｅｄ　ｐｈｙｓｊｃｓ、［２］、７０２．（
１９６３）に見られる様なガス中蒸発法やＣｈｅ＋５ｉ
ｓｔｒｙ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、２６７゜（１９８６）に見
られるような熱泳動ＣＶＤ法、或いは液体中で合成する
方法等が挙げられる。この様な超微粒子の製法は超微粒
子の分野で今やよく知られているものであり、−Ｆ記の
個々の製法に限定されるものではない。これらの種々の
方法については１例えば、日本化学全編、化学総説Ｎｏ
、４８　ｒ超微粒子Ｊ　　（１９８５）等に詳しく紹介
されている。

本発明の発光ダイオードの３乃至５層（ｐ−ｉ−ｎ層）
を製造する装置としては、例えば、第２図に示す装置を
使用する事が出来る。

第２図の中で７は縮小拡大ノズル％８はノズルの喉部、
９は磁石、１０は下流室、１１は空胴共振器、１２は基
板ホルダー、１３は基板、１４はマイクロ波導入窓、１
５はマイクロ波の導波管、１６はガス導入口である０反
応ガスを１６がら空胴共振器１１内へ導入した時、反応
は１１の中で起き、１１は反応室として働く。

例えば、上記装置によりａ　−Ｓｉの微粒子膜を作成す
る場合には、先ず、ガス導入口１６より５ｉｌｌ。

ガスと、必要ならば水素ガス等のキャリヤーガスを原料
として送り込み、反応室である空胴共振器ｌｌ内でマイ
クロ波によりプラズマを発生させて、ガスの分解反応を
起こし、微粒子を形成する。この微粒子は一部未反応の
気体状の活性種とともにノズル７から吹き出され、基板
１３の上に吹き付けて固定される。プラズマにエネルギ
ーを与える手段としてはマイクロ波や紫外線或いはＲＦ
等の高周波等の電磁波や低周波や直流等の電場印加等が
使える。

又、本発明で使用する原料ガスについては、５ｉ１１．
たけてなく、通常ａ−５ｉ成膜に使われるシラン誘導体
、例えば、５ｉ２Ｉ１．やＳｉＦ、等も使用可能である
。更に他の■族系のガス、例えば、メタン、メタノール
、エタン、その他の炭化水素系ガスを用いればアモルフ
ァスめ炭素膜が出来るし、又、Ｇｅ１ｌａ等によりａ−
ゲルマニウム膜も全く同様の装置を用いて微粒子構造層
が形成出来る。又、シリコン系ガスと炭素系のガス、シ
リコン系のガスとゲルマニウム系のガスの様に２種或い
は３種のガスを混合して使用することも可能である。

又、２層を形成する為のドーピングガスは、代表的なシ
ボラン（Ｂ２Ｈａ）　、ハロゲン化硼素（ＢＸ３）（但
し、Ｘ−Ｆ、　ＣＩ、８「を表わす）が挙げられる。

更に、ｎ層を作成する為のドーピングガスの代表例とし
ては、ホスフィン（ＰＨａ）をはじめ、ハロゲン化リン
（ｐｘｓ）、アルシン（八Ｓｌ’ｌｓ）　、ハロゲン化
砒素（ＡｓＸｓ）等が挙げられる（但し、Ｘ−Ｆ、ＣＩ
、Ｆを表わす）。

又、これらの２層又はｎ層は、別々の■族元素ガス原料
で作成されてもよく、更に複数の材料の積層膜でもよい
。

方、ｉ層は作成した微粒子或いは微粒子膜をそのまま使
用するより、ａ未成いは水蒸気雰囲気中で加熱する等の
酸化処理及び微粒子への水分の吸着を施した微粒子或い
は微粒子膜を使用することにより、更に強い発光輝度の
発光ダイオードが得られる。

（実施例） 次に実施例により本発明を更に具体的に説明する。

実施例１ ガラス基板上に透明電極としてＩＴＯを１．０００人の
厚みにスパッタ法で形成した。その上に第２図に示す微
粒子形成装置を用い、原料ガスとして５ｉ１１，３％と
ドーピングガスとしてＨ，１００倍に希釈したＰＨ３０
，５％を１１，９６．５％の割合の混合ガスより微粒子
膜（ｎ層）を２００人の厚さに形成した。この微粒子膜
の形成条件は、マイクロ波出力が１５０Ｗ、空胴共振器
の圧力は０．４Ｔｏｒｒ、下流室の圧力は４　、　５　
ｍＴｏｒｒであった。この時のガス流量は約１０　ＯＳ
（：ＣＭである。その上に５ｉ１１．３％及び■２９７
％の割合の混合ガスを用い、ｎ層と同様な装置と条件で
ｉ層を１，０ＯＯＡの厚さに形成した。１層形成後、微
粒子層を高湿中（湿度８５％）で１時間処理した。その
上に５ｉｌ１４３％とドーピングガスとして■２で１０
０倍に希釈したＢ２＋１．０．３％及びＨ，９６，７％
の混合ガスを用い、ｎ層と同様な装置と条件で２層を４
００人の厚さに形成した。

その上に＾ｌの電極を１，０００人の厚さに積層し本発
明の発光ダイオードを作成した。

実施例２ 実施例１でｉ層を形成後、大気中で２週間酸化処理を行
なった以外は、実施例１と全く同様にして本発明の発光
ダイオードを作成した。

実施例３ ガラス基板上に透明電極層としてＩＴＯとＳｎＯ２の複
合膜を形成した。更に原料ガスをｎ層は５ｉｌｌ。

３．０％／ｅ１１．　１．　５％／■窒て１００倍に希
釈したｐｕｓｏ、ａ％／ｌｋ　９４−７％の混合ガス、
１層は５ｉＨ４３，０％１０Ｈ４１，５％７１１２９５
．５％の混合ガス、ｐ層は５ｉＨ４３，Ｏ％／ＣＨ４１
，５％／１１２で１００倍に希釈、したＢ、１ｍ、０．
４％／１１２９５．１％の混合ガスを用いて、実施例１
と同様な装置と条件でｐ層、ｉ層及びｎ層を作成した。

その上にＡＩ電極を形成して本発明の発光ダイオードを
得た。又、ガラス基板上に設けた各層の厚さは、透明電
極層：Ｚ、０００人、ｎ層：３００人、ｉ層＝８００人
、ｐ層：２００人、＾Ｉ電極：５００人であった。

比較例１ ガラス基板上に透明電極として汀０をスパッタ法で形成
した。その上にｎ層としてＰＨ３でドーピングしたａ−
５＊ＣＩｌｌを形成し、更にｉ層としてノンドーピング
のａ−５ｉＣ膜を形成し、更にその上に、ｐ層としてＢ
Ｊ＠でドーピングしたａ−５ｉＣＷＡを形成した。尚、
これらのｐ層、ｉ層及びｎ層はＣＶＤ法にて作成した。

又、その上に＾ｌの電極を積層し、比較例の発光ダイオ
ードを作成した。又、各層の厚さは実施例１と同じにし
た。

上記の様に作成した発光ダイオードについて以下の項目
について評価した。

■各層の形状 ｐ層、ｉ層及びｎ層の形状をＦＥ−５層Ｍで観察した。

０発　　光 各発光ダイオードをＩＯＶで駆動した時の発光を観察し
た。結果をまとめて下記の第１表に示す。

１　　　＝ 比較例　　　均一膜　　　均一膜　　　均一膜実施例１
　　　赤　　　　　　　１００実施例２　　　赤　　　
　　　　　８７実施例３　　　オレンジ　　　　　９２
比較例　　　　赤　　　　　　　　２７＊実施例１を１
００としたときの相対強度又、発光スペクトルの代表例
として実施例１と比較例のスペクトルを第３図に示した
。

（発明の効果） 以上説明した様に、本発明によれば、炭素、硅素及びゲ
ルマニウム等■族元素を主成分とする微粒子或いは微粒
子膜をｉ層、更に好ましくはｐ層及びｎ層に用いること
により、低駆動電圧で高輝度の発光が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の発光ダイオードの断面構造を示す図、 第２図は本発明の発光ダイオードのｐ層、ｉ層及びｎ層
を形成する為の製造装置の概略図、第３図は本発明実施
例１及び比較例の発光ダイオードの発光スペクトルを表
わす図である。 １−一基板　　　　　　　２・・・−透明電極３−−−
ｐ層　　　　　　４−＝ｉｉ 層　＝　＝　ｎ層　　　　　　　６−−−−−−上部電
極７−−−−−−ノズル　　　　　　８・旧・・ノズル
喉部９−一磁石　　　　　　１０・−−−下流室１１・
−一空胴共振＠　　　　１２・・・−・基板ホルダー１
３−一基板 １４−・−マイクロ波導入窓 １５−一マイクロ波導波管 １６・−一ガス導入管 １７−・−排気系 １８−・一実施例１の発光ダイオードのスペクトル１９
−一比較例の発光ダイオードのスペクトル第１図 第２図 第３図 波長（ｎｍ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一対の電極を有するｐ−ｉ−ｎ型発光
   ダイオードにおいて、該ｉ層がIV族元素を主体とする微
   粒子を含むことを特徴とする発光ダイオード。
2. （２）ｐ層及びｎ層がIV族元素を主体とする微粒子を含
   む請求項１に記載の発光ダイオード。
3. （３）ｉ層の微粒子がアモルファス構造をなす請求項１
   に記載の発光ダイオード。
4. （４）ｐ層、ｉ層及びｎ層の微粒子の粒径が５００乃至
   ５０Åの範囲である請求項１に記載の発光ダイオード。
5. （５）ｉ層の微粒子の少なくとも一部が酸化されている
   請求項１に記載の発光ダイオード。
6. （６）ｉ層の微粒子の少なくとも一部に水が吸着されて
   いる請求項１に記載の発光ダイオード。